时空效应法在深基坑工程中的应用

□文/高志强 谢恩杰 高 斌 宋红智

□谢恩杰、高 斌、宋红智/天津三建建筑工程有限公司。

时空效应法在深基坑工程中的应用

□文/高志强 谢恩杰 高 斌 宋红智

文章结合天津市泰安道一号院深基坑施工，介绍了利用时空效应理论加快施工进度，控制基坑变形的做法和体会。

深基坑；支撑；环梁；土方开挖

软土基坑工程的时空效应法施工是近年来基坑施工的创新成果，时空效应法强调设计与施工的密切配合，通过合理的施工工艺，采用相应的技术措施对基坑施工过程中每个开挖步骤、开挖空间几何尺寸、支护结构无支撑暴露的时间和空间等施工参数进行控制，来保证基坑稳定，达到控制基坑变形目的。本文以英式风情区泰安道一号院基坑工程为例，介绍在深基坑施工中合理应用时空效应法及混凝土早强技术、基坑监测技术，既加快了工期又保证安全的做法与经验。

1 工程概况

英式风情区泰安道一号院工程位于天津市和平区保定道南侧，解放北路东侧。占地面积为1.49hm2，建筑面积7.2万m2。地上9层，局部13层（塔楼），地下2层，层高分别为5.5m和3.9m。设计标高0.000m相当大沽高程3.950m，现地坪标高为大沽高程3.800m，相当于设计标高-0.150m。基坑底标高-10.800m，基坑深坑10.650m，采用桩基础。

2 基坑周边环境

场地北侧距离红线16.5m，距离保定桥20.0m；西侧为解放北路，距离红线3.7m；东侧为台儿庄路，距离红线约8.0m，南侧规划太原道，距离红线约13.0m。土层物理和力学指标参数见表1。

表1 土层物理和力学指标参数

续表1

3 基坑支护方案

基坑支护采用连排灌注桩及三轴搅拌桩止水帷幕，一道钢筋混凝土水平支撑系统的形式。

基坑深10.65m，采用连排灌注桩φ900mm@1100 mm，有效桩长23.0m，坑下嵌入9-1粉质粘土层。支护桩混凝土强度等级为C30，支撑体系混凝土强度为C50。

基坑范围内含有3-2粉土层，透水性相对较强，为保障止水帷幕的隔水效果，采用三轴水泥土搅拌桩φ850mm@600mm作止水帷幕，连接为一个封闭的止水圈。搅拌桩长16.5m，下端嵌入8-1粉质粘土层，嵌固深度6.8m，搅拌桩上端位于地表下1.0m。

基坑平面形状为不规则四边形，考虑到方便施工，混凝土水平支撑布置为与腰梁相切的两个圆形环梁。梁边尽量外扩，留置宽敞的施工空间，在基坑中部两个环梁相交处设置一组混凝土对撑。环梁周边采用辐射撑、角撑等构件与腰梁连接。该水平支撑系统受力明确，对控制基坑变形有利，能够充分发挥环形混凝土结构抗压性能，支撑系统设计经济、合理、简洁。

通过对安全性、经济性进行分析，水平支撑系统标高尽量降低，为方便施工，水平支撑系统在地下2层楼板上方留出适当的高度，方便甩筋等施工要求。故腰梁及水平支撑系统中心标高设置在-3.300m，距地下2层顶板1.8m。腰梁截面尺寸1600mm×800mm；环梁半径36m，截面尺寸 2600mm×800mm；对撑桁架截面尺寸1800mm×800mm；其他支撑杆件截面尺寸700 mm×800mm,见图 1。

图1 基坑支撑结构平面

4 基坑开挖施工

按照时空效应的理念创新施工工艺，对基坑中土体进行合理空间划分，以期利用土体结构形成的空间抵抗作用来减少支护结构位移并结合环梁混凝土早强技术和基坑监测分析，提高基坑稳定性，保护周边环境安全。

4.1 挖土做撑

按基坑支护设计和传统工艺流程，第1步挖土应至-3.700m(工况1)，然后整体浇筑混凝土环梁支撑系统，待达到设计强度要求时再进行下部土的开挖。这种工艺一是工期长；二是出土口环梁封闭施工时必须断开出土口，造成土方开挖停运；三是基坑支护结构悬臂状态时间延长，增加土体的蠕变与位移，不符合基坑施工的总体思路。

根据时空效应理念，将混凝土环梁支撑沿基坑纵向从B向A分3段浇筑。为保证环梁整体性，采用间歇式无缝施工工艺和混凝土早强技术，使混凝土强度36 h达到设计要求。环梁分段施工时挖运土方工序和环梁施工工序形成流水作业。

第1段土方挖到环梁下皮后立即进行第1段环梁钢筋绑扎与混凝土浇筑，同时进行第2段环梁处挖运土方，随即跟进第2段环梁绑筋和混凝土浇筑。

待第2段环梁混凝土浇筑完成后，第1段环梁混凝土强度已达到设计要求，同时在-3.700m处形成新的出土口。

当第3段环梁土方断掉第1层土方出土口A时，第1段环梁出土口B已具备深层开挖出土条件，这样使整个环梁施工期间，土方开挖连续进行，环梁混凝土浇筑连续，加快了施工进度，减少了支护桩处于悬臂状态的时间，减少了基坑周边土体的蠕变与位移。基坑支护剖面见图2。

图2 基坑支护剖面

4.2 深层土方开挖

在软土深基坑开挖施工中，每步开挖中围护墙体的暴露空间和时间越小，则控制基坑变形的效果越好。因此加快开挖和支撑速度的施工是提高软土深基坑工程效果的有效措施。

遵循时空效应理论，深层土方开挖出现了许多难题。第1个难题是5月12日第1段-3.700m出土口B已形成出土条件，而第3段环梁要5月14日才能闭合，再加上需养护时间36h环梁才能达到设计要求强度，要到5月16日才能重新组织第2步土方开挖，不能保证工期要求。

为此,对土体进行了空间划分，利用被动土压力减少支护结构位移，在第3段环梁未闭合前，提前进行局部深挖，挖土深度按换撑位置标高-5.500m进行控制。挖土范围仅限在第1段环梁范围内并沿环梁内径保留5m宽被动土压带，在局部深挖过程中一是严格控制挖土空间，二是及时进行基坑变形监测。由于措施得当，至环梁闭合后，最大桩顶位移仅6mm。

第1步开挖自然地坪-0.150～-3.700m，掘深3.55m。在第1步挖土过程中，随挖随进行环梁施工，在第2步土开挖与环梁闭合这段时间内，对1轴交U轴，1轴交A轴，12轴交U轴，12轴交A轴4个角部进行下挖，挖土深度至-5.400m。待环梁闭合且混凝土强度达到设计要求后开挖第2步-3.700～-10.800m，挖深7.1m，挖土方量74000m3,见图3。

图3 走土路线及监测点布置

环梁闭合并达到设计强度后开始正式深挖，为减少基坑变形与位移，遵循分层、均匀、对称的原则，中心留岛。先从支护结构刚度较大、轴力较小的部位深挖，逐步均匀、对称的向中央对撑开挖，使轴力小的部位先受力，轴力大的部位晚受力，变形小处先受荷，变形大处晚受荷。由于“时空效应”理念明确，空间划分合理，有效控制了基坑变形。

在整个土方开挖施工过程中，由支撑系统底标高-3.700m处开始至-10.80m槽底垫层混凝土浇筑完毕，挖土方量74000m3仅用时15d。在深挖过程中，挖至设计标高后快速跟进，进行混凝土垫层施工，形成流水式不间断作业。在确保工程质量的前提下缩小围护墙体的暴露空间和时间，为保证基坑工程的顺利完工创造了坚实有力的前提条件。

5 基坑监测

5月14日环梁整体施工完毕，环梁闭合，开始大面积深挖；5月29日，土方工程结束，垫层浇筑完毕。具体监测数值见表2。

表2 监测数据

从表2可以看出，在土方开挖施工过程中，充分遵循时空效应原理进行施工，可有效控制基坑的变形，保护周围环境。

6 结论

经过此次实践，充分体会到“分层、分步、均匀、对称”的时空效应理念在深基坑施工中的重要性。在施工技术上要合理布置开挖流程，充分发挥被动区土体抵挡并延缓围护结构——连排灌注桩变形的作用。加强各道工序的连续性、合理性，缩短施工工期，减少围护结构的暴露时间。

在应用时空效应原理的同时，还要考虑基坑自身及其周边环境，因为支撑系统的自身结构、施工进度，出土时间的限制等因素会导致局部区域无法实现时空效应原理，这样就要结合实际情况对整个施工过程进行必要的调整，以最大限度的满足时空效应原理。

在大型公建超深超大基坑中应用时空效应理念，加强与设计结合，在满足设计工况要求的前提下，可以在环梁未闭合的工况下提前实现局部开挖，从而加快施工进度，实现混凝土支护环梁分段浇筑。

TU447

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1008-3197（2011）04-12-03

2011-04-01

高志强/男,1958年出生,高级工程师,天津天房建设建筑工程有限公司总经理,从事施工管理工作。

□谢恩杰、高 斌、宋红智/天津三建建筑工程有限公司。